本發(fā)明涉及污水凈化處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種浮島式污水凈化系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

中國水資源人均占有量少，空間分布不平衡。隨著中國城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日益增大。在這樣的背景下，污水處理行業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)，與自來水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于同等重要地位。

大規(guī)模污水回用的方向和程度受地理、氣候和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素影響，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的地區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉應(yīng)是水回用的主要方向，在干旱地區(qū)，像以色列，澳大利亞等地，農(nóng)業(yè)灌溉和地表補(bǔ)充是水回用的主要方向。日本的再生水的主要用途以景觀、河道用水等市政雜用為主。我國以農(nóng)業(yè)為主，市區(qū)被大面積農(nóng)田包圍的布局使得農(nóng)業(yè)灌溉用水成為我國近、遠(yuǎn)期回用水利用的主要方向?；赜盟糜诘叵禄刈⒑惋嬘迷趪庖延胁捎茫谖覈鶕?jù)現(xiàn)實經(jīng)濟(jì)條件、水資源恢復(fù)程度等因素的綜合考慮，只能作為污水會用的遠(yuǎn)期目標(biāo)。我國目前作為污水回用情況，大多知識個別工廠、大樓、小區(qū)內(nèi)實施的中水回用及少量市政雜用水的回用。

微生物分解是治理水污染的一種重要手段，現(xiàn)有的培養(yǎng)方式通常是在水中培養(yǎng)床上培育目標(biāo)微生物，由目標(biāo)微生物來分解污染物，但是可控性較低，分解效果較難控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的可控性較低、分解效果難以控制等的技術(shù)問題，提供一種具有較高可控性的污水凈化系統(tǒng)及其控制方法。

本發(fā)明針對上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種浮島式污水凈化系統(tǒng)，包括浮島、擋板、控制器和傳感單元；所述浮島漂浮在水道中的水面上；擋板豎直設(shè)置在水道中并與水流方向垂直，擋板底部與水道底部接觸，水道兩側(cè)開有容納槽，擋板與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，驅(qū)動機(jī)構(gòu)與控制器電連接，控制器控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動擋板伸入水道或者縮回容納槽；傳感單元至少包括液位傳感器，液位傳感器安裝在水道中并與控制器電連接。

浮島為培養(yǎng)床，培育有分解污染物的微生物。擋板完全縮回容納槽時，水道中的水流所經(jīng)過的路線最短，即以最快的速度流經(jīng)浮島漂浮的區(qū)域。擋板完全伸出時，水流在水道中來回彎折。通過控制擋板的伸出深度，可以改變水流的路線長度，達(dá)到不同的凈化效果。

作為優(yōu)選，所述浮島包括植土層、陶粒層、填料層和反沖洗管路，所述植土層鋪設(shè)在陶粒層上方，填料層位于陶粒層下方；植土層上方種植有水生植物，填料層的內(nèi)部鋪設(shè)有反沖洗管路，反沖洗管路的入口連接有水泵；植土層在水面之上，陶粒層在水面之下。

水生植物生長在植土層之上，根系進(jìn)入陶粒層，延伸到陶粒和陶粒之間的空隙內(nèi)。根系上附著的微生物能夠吸收和轉(zhuǎn)化水體中的污染物，尤其是氮化合物。陶粒本身也具有可以吸附微生物的空隙，進(jìn)一步擴(kuò)大了微生物的生存面積。根系通過不斷生長，可以穿過陶粒層進(jìn)入填料層。填料采用塑料或其他輕質(zhì)材料，確保整個裝置的可以漂浮，讓植土層在水面之上，水生植物可以獲得足夠的陽光來完成光合作用。反沖洗管路用于向陶粒層和填料層噴射用于清洗的水流或用于改變微生物生長環(huán)境的溶液，為微生物提供最合適的培育條件。

作為優(yōu)選，所述反沖洗管路包括第一干管、第二干管和若干根支管，支管的第一端都通過三通或彎頭連接到第一干管，支管的第二端都通過三通或彎頭連接到第二干管，支管上開有若干個噴水孔；第一干管的第一端與第一水泵連接，第一干管的第二端通過彎頭連接到支管；第二干管的第一端連接到第二水泵，第二端通過彎頭連接到支管；每個噴水孔內(nèi)側(cè)都覆蓋有面積大于配水孔的柔性翹片，柔性翹片一端固定在噴水孔靠近第二干管一側(cè)，另一端自然狀態(tài)下翹起。

在噴射水流或溶液時，第一水泵工作，液體從第一干管的第一端進(jìn)入，然后進(jìn)入支管，柔性翹片在水流推動下有更大幅度的翹起，液體從噴水孔進(jìn)入填料層。此外，當(dāng)外界溫度較低或者較高不適宜微生物生長或生存時，可以啟動第二水泵，從第二干管泵入溫度高于環(huán)境溫度或低于環(huán)境溫度的水流，柔性翹片在水流推動下覆蓋封閉噴水孔，水流經(jīng)過第一干管回到升溫或降溫機(jī)構(gòu)。此方式可以從內(nèi)部直接改變浮島溫度，創(chuàng)造出適宜于微生物繁殖生存的環(huán)境，而且不會因為外部水流進(jìn)入浮島內(nèi)部改變其他條件，同時從從第一干管出來的水流溫度也仍然高于或低于環(huán)境溫度，這部分熱量依然可以利用，節(jié)省能源。本方案尤其適合于微生物培養(yǎng)的起始階段，不論是高溫環(huán)境還是低溫環(huán)境都能夠使微生物快速繁殖，形成足夠的規(guī)模，達(dá)到所需要的分解能力。

作為優(yōu)選，所述浮島連接有升降機(jī)構(gòu)，所述升降機(jī)構(gòu)與控制器電連接，控制器控制升降機(jī)構(gòu)帶動浮島上升或下降。

作為優(yōu)選，所述傳感單元還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器安裝在水面上并與控制器電連接。

作為優(yōu)選，浮島式污水凈化系統(tǒng)還包括無線通信單元，所述無線通信單元與控制器電連接。

作為優(yōu)選，所述傳感單元還包括pH值傳感器，所述pH值傳感器安裝在水面下并與控制器電連接。

控制器依據(jù)傳感單元檢測到的信號和無線通信單元接受到的指令來完成浮島和擋板的控制。

一種浮島式污水凈化系統(tǒng)控制方法，適用于如前所述的污水凈化系統(tǒng)，令擋板完全縮回容納槽內(nèi)時伸出度為0％，擋板完全伸出時伸出度為100％，擋板的伸出度W由以下公式確定：

$W=\frac{H}{L}\×K1+\frac{1}{T}\×K2,0\≤H\≤L,1\≤T\≤40$

式中，H為液位傳感器檢測到的水位高度，L為擋板高度，T為溫度傳感器檢測到的溫度；當(dāng)水位高度高于擋板高度時，H的值固定為L，K1為水位比重，K2為溫度比重，K1和K2之和為1。

水位高度與流量直接相關(guān)，水位越大，水流量越大，流速越快，就需要伸出擋板來延長水流的路線，使水體能夠被充分凈化。溫度與微生物的活性直接相關(guān)，在一定范圍內(nèi)溫度越低則活性越低，就需要伸出擋板來延長水流路線，提高水體與浮島的接觸時間，確保足夠的凈化效果。

作為優(yōu)選，當(dāng)溫度傳感器檢測到環(huán)境溫度低于1攝氏度或高于40攝氏度時，升降機(jī)構(gòu)帶動浮島完全沉入水中；當(dāng)溫度傳感器檢測到環(huán)境溫度回到1攝氏度至40攝氏度之間時，升降機(jī)構(gòu)解除對浮島的鎖定，浮島重新恢復(fù)到漂浮狀態(tài)。

當(dāng)溫度過低時，微生物生存環(huán)境太差會導(dǎo)致浮島失效。通常水體底部溫度高于水面溫度，尤其冬天結(jié)冰都是從水面開始。此時將浮島浸入水中，使浮島保持一定的溫度，避免微生物因低溫而死亡，等溫度回升之后微生物依然可以保有凈化能力。當(dāng)溫度過高時，也需要將浮島浸入水中，防止水生植物和靠近水面的微生物因高溫而死亡。

作為優(yōu)選，當(dāng)pH值傳感器檢測到水體pH值在當(dāng)前主要微生物適宜酸堿度范圍之外時，升降機(jī)構(gòu)帶動浮島完全伸出水面。

微生物對于pH值較為敏感，如果水體pH值不適合可能會導(dǎo)致整個浮島的微生物失去活性。在pH值不適合微生物生存時，將浮島托舉出水面可以防止因微生物死亡而徹底失去凈化能力。等到pH值恢復(fù)到適合范圍內(nèi)，再重新將浮島降落，恢復(fù)漂浮狀態(tài)。

本發(fā)明帶來的實質(zhì)性效果是，可以改變水流與浮島的接觸時間，調(diào)整凈化效果；可以創(chuàng)造合適的微生物培養(yǎng)和生存環(huán)境，有效提高浮島對水體的凈化能力，降低因為環(huán)境因素導(dǎo)致的微生物群落死亡。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種擋板完全縮回容納槽內(nèi)的俯視圖；

圖2是本發(fā)明的一種擋板完全伸出的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的一種浮島結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的一種噴水孔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、浮島，2、擋板，3、容納槽，11、植土層，12、陶粒層，13、填料層，14、第一干管，15、第二干管，16、支管，17、水生植物，161、噴水孔，162、柔性翹片。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。

實施例：本實施例的一種浮島式污水凈化系統(tǒng)，包括浮島1、擋板2、控制器和傳感單元；浮島漂浮在水道中的水面上；擋板豎直設(shè)置在水道中并與水流方向垂直，擋板底部與水道底部接觸，水道兩側(cè)開有容納槽3，擋板與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，驅(qū)動機(jī)構(gòu)與控制器電連接，控制器控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動擋板伸入水道或者縮回容納槽；傳感單元包括液位傳感器，液位傳感器安裝在水道中并與控制器電連接。

浮島為培養(yǎng)床，培育有分解污染物的微生物。擋板完全縮回容納槽時(圖1)，水道中的水流所經(jīng)過的路線最短，即以最快的速度流經(jīng)浮島漂浮的區(qū)域。擋板完全伸出時(圖2)，水流在水道中來回彎折。通過控制擋板的伸出深度，可以改變水流的路線長度，達(dá)到不同的凈化效果。

如圖3所示，浮島包括植土層11、陶粒層12、填料層13和反沖洗管路，所述植土層鋪設(shè)在陶粒層上方，填料層位于陶粒層下方；植土層上方種植有水生植物17，填料層的內(nèi)部鋪設(shè)有反沖洗管路，反沖洗管路的入口連接有水泵；植土層在水面之上，陶粒層在水面之下。

水生植物生長在植土層之上，根系進(jìn)入陶粒層，延伸到陶粒和陶粒之間的空隙內(nèi)。根系上附著的微生物能夠吸收和轉(zhuǎn)化水體中的污染物，尤其是氮化合物。陶粒本身也具有可以吸附微生物的空隙，進(jìn)一步擴(kuò)大了微生物的生存面積。根系通過不斷生長，可以穿過陶粒層進(jìn)入填料層。填料采用塑料或其他輕質(zhì)材料，確保整個裝置的可以漂浮，讓植土層在水面之上，水生植物可以獲得足夠的陽光來完成光合作用。反沖洗管路用于向陶粒層和填料層噴射用于清洗的水流或用于改變微生物生長環(huán)境的溶液，為微生物提供最合適的培育條件。

陶粒層由直徑為3-4厘米的陶粒構(gòu)成，陶粒層外側(cè)包裹有孔徑小于陶粒的漁網(wǎng)。通過漁網(wǎng)可以確保陶粒層保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并且不影響水流通過陶粒層。

植土層厚度為5-7厘米。適當(dāng)?shù)闹餐翆雍穸瓤梢宰屗参镉辛己玫纳L環(huán)境。

反沖洗管路包括第一干管14、第二干管15和若干根支管16，支管的第一端都通過三通或彎頭連接到第一干管，支管的第二端都通過三通或彎頭連接到第二干管，支管上開有若干個噴水孔161；第一干管的第一端與第一水泵連接，第一干管的第二端通過彎頭連接到支管；第二干管的第一端連接到第二水泵，第二端通過彎頭連接到支管；如圖4所示，每個噴水孔內(nèi)側(cè)都設(shè)置有面積大于配水孔的柔性翹片162，柔性翹片一端固定在噴水孔靠近第二干管一側(cè)，另一端自然狀態(tài)下翹起。

在噴射水流或溶液時，第一水泵工作，液體從第一干管的第一端進(jìn)入，然后進(jìn)入支管，柔性翹片在水流推動下有更大幅度的翹起，液體從噴水孔進(jìn)入填料層。此外，當(dāng)外界溫度較低或者較高不適宜微生物生長或生存時，可以啟動第二水泵，從第二干管泵入溫度高于環(huán)境溫度或低于環(huán)境溫度的水流，柔性翹片在水流推動下覆蓋封閉噴水孔，水流經(jīng)過第一干管回到升溫或降溫機(jī)構(gòu)。此方式可以從內(nèi)部直接改變浮島溫度，創(chuàng)造出適宜于微生物繁殖生存的環(huán)境，而且不會因為外部水流進(jìn)入浮島內(nèi)部改變其他條件，同時從從第一干管出來的水流溫度也仍然高于或低于環(huán)境溫度，這部分熱量依然可以利用，節(jié)省能源。本方案尤其適合于微生物培養(yǎng)的起始階段，不論是高溫環(huán)境還是低溫環(huán)境都能夠使微生物快速繁殖，形成足夠的規(guī)模，達(dá)到所需要的分解能力。

浮島連接有升降機(jī)構(gòu)，所述升降機(jī)構(gòu)與控制器電連接，控制器控制升降機(jī)構(gòu)帶動浮島上升或下降。

傳感單元還包括溫度傳感器和pH值傳感器，溫度傳感器安裝在水面上并與控制器電連接，pH值傳感器安裝在水面下并與控制器電連接。

污水凈化系統(tǒng)還包括無線通信單元，無線通信單元與控制器電連接。

控制器依據(jù)傳感單元檢測到的信號和無線通信單元接受到的指令來完成浮島和擋板的控制。

一種浮島式污水凈化系統(tǒng)控制方法，適用于如前所述的污水凈化系統(tǒng)，令擋板完全縮回容納槽內(nèi)時伸出度為0％，擋板完全伸出時伸出度為100％，擋板的伸出度W由以下公式確定：

$W=\frac{H}{L}\×K1+\frac{1}{T}\×K2,0\≤H\≤L,1\≤T\≤40$

式中，H為液位傳感器檢測到的水位高度，L為擋板高度，T為溫度傳感器檢測到的溫度；當(dāng)水位高度高于擋板高度時，H的值固定為L，K1為水位比重，K2為溫度比重，K1和K2之和為1。

水位高度與流量直接相關(guān)，水位越大，水流量越大，流速越快，就需要伸出擋板來延長水流的路線，使水體能夠被充分凈化。溫度與微生物的活性直接相關(guān)，在一定范圍內(nèi)溫度越低則活性越低，就需要伸出擋板來延長水流路線，提高水體與浮島的接觸時間，確保足夠的凈化效果。

當(dāng)溫度傳感器檢測到環(huán)境溫度低于1攝氏度或高于40攝氏度時，升降機(jī)構(gòu)帶動浮島完全沉入水中；當(dāng)溫度傳感器檢測到環(huán)境溫度回到1攝氏度至40攝氏度之間時，升降機(jī)構(gòu)解除對浮島的鎖定，浮島重新恢復(fù)到漂浮狀態(tài)。

當(dāng)溫度過低時，微生物生存環(huán)境太差會導(dǎo)致浮島失效。通常水體底部溫度高于水面溫度，尤其冬天結(jié)冰都是從水面開始。此時將浮島浸入水中，使浮島保持一定的溫度，避免微生物因低溫而死亡，等溫度回升之后微生物依然可以保有凈化能力。當(dāng)溫度過高時，也需要將浮島浸入水中，防止水生植物和靠近水面的微生物因高溫而死亡。

當(dāng)pH值傳感器檢測到水體pH值在當(dāng)前主要微生物適宜酸堿度范圍之外時，升降機(jī)構(gòu)帶動浮島完全伸出水面。

微生物對于pH值較為敏感，如果水體pH值不適合可能會導(dǎo)致整個浮島的微生物失去活性。在pH值不適合微生物生存時，將浮島托舉出水面可以防止因微生物死亡而徹底失去凈化能力。等到pH值恢復(fù)到適合范圍內(nèi)，再重新將浮島降落，恢復(fù)漂浮狀態(tài)。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了浮島、擋板、控制器等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。